8发酵罐放大与设计.ppt

本章内容 一、发酵罐的发展 二、发酵罐的类型 三、发酵罐的结构 三、通用式发酵罐的设计与放大 （一）发酵罐设计基本原则和要求 （二）发酵罐放大设计 四、重组菌生物反应器 1.外形、结构及几何尺寸要求 H/D=1.7－3 H—筒身高度 HL/D=2－2.5 HL按照装料VL=70%V总计算 d/D=1/3－1/2 d—搅拌器直径 W/D=1/12－1/8（取0.1 ，并留1—2cm间隙，以防角） W—档板宽度 B/D=0.8－1.0 B—下搅拌器距底间距 (s/d)2=1.5－2.5 可以取相同值，1.5 ≤s/d≤ 2 (s/d)3=1－2 s—搅拌器间距 2. 搅拌装置 搅拌的目的 打碎气泡，增加气液接触面积，即a↑ 产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间 造成湍流，减小气泡外滞流液膜的厚度，KL↑ 动量传递（N、Ws），有利于混合及固体物料保持悬浮状态 搅拌的效果: 原生流→圆周运动（径向运动）：层流及漩涡，原生流速V原∝n 挡板作用：次生流→轴向运动、翻动，决定混合好坏，V次∝n2 搅拌效果评价：传质，传热及混合效果 效果的改善：转速，搅拌器（桨）的形式和数量 2. 搅拌装置（续） 搅拌器的形式 ：通用式发酵罐大多采用涡轮式搅拌器 ，而又以圆盘涡轮搅拌器为主 。 桨叶型式：圆盘涡轮搅拌器有平叶式、弯叶式、 箭叶式三种。 叶片数量：至少三个，通常六个，多至八个。 α ：弯平箭 ；β：弯 箭平 在相同的搅拌功率PG下， 粉碎气泡能力：平弯箭 综合传质+混合， 翻动流体能力：箭弯平 弯叶最好（对于KLa）。 2. 搅拌装置（续） 搅拌桨的层数：根据 H/D及（s/d）n 的要求进行计算。一般3—4层，底层搅拌最重要，占轴功率的40% ，所具叶片数最多（6~8片）。 2. 搅拌装置（续）－联轴器 大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接，轴的连接应垂直，中心线对正。 2. 搅拌装置（续）－轴承 为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙烯等)，轴瓦与轴之间的间隙常取轴径的0.4~0.7％。为了防止轴颈磨损，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套。 2. 搅拌装置（续）－变速装置 试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带变速传动较为简便。 2. 搅拌装置(续）－轴封 轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。常用的轴封有填料函和端面轴封两种。 填料函式轴封 填料函式轴封是由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。 端面式轴封 端面式轴封又称机械轴封。密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。 3.挡板 挡板的作用：改变液流方向，由径向流→轴向流，促使流体翻动，增加传质和混合。 档板宽 ：W/D= 1/12-1/8 (取0.1) 全档板条件：指在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增加档板或其它附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基本消失, 即要满足下式： （W/D）?Z =0.4 Z—档板数 3.挡板(续） 说明 竖立的蛇管、列管、排管，可起档板作用，此外不另加档板。故一般装4块档板，可满足全档板条件。 档板长度：自液面起，至罐底封头上部（圆柱底）为止。 档板与罐壁间留缝隙，距离为（0.2—0.4）W，目的是去除死角。 ? 4.消泡器 作用：破碎气泡，改善供氧，防止污染。 消泡桨形式 慢速：锯齿，梳状，孔板式（孔径10-20mm）。 快速：对于底搅拌，可在罐顶装半封闭涡轮消沫器， 单用电机。 旋风分离 叶轮离心式 消泡桨直径：L=（0.8-0.9）D（罐径），以不妨碍旋转为原则 与消泡剂合用 5. 空气分布器 作用：吹入无菌空气，并使其分布均匀 型式： 单孔管：开口朝下，防止堵塞；管口距罐底约40mm 环形管：适用于细度极小且易溶于水的固体发酵原料） 6. 换热装置 夹套式：5T以